CN1525160A - 用于测量光刻装置中元件表面污染物的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定光刻投影装置中元件表面污染物的测量设备。该测量设备具有用于将辐射投射到至少一部分所述表面上的辐射发射器设备和用于接收来自该元件的辐射的辐射接收器设备。处理器设备与辐射接收器设备通信连接，用于得到接收辐射的一个属性，并根据辐射的该属性得到污染物的一个属性。以及一种用于测量光刻投影装置中元件表面污染物的属性的方法，包括；将辐射投射到表面上；接收来自该元件的辐射，以及根据接收的辐射得到污染物的属性。

Description

用于测量光刻装置中元件 表面污染物的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于测量光刻投影装置中元件表面污染物的方法。本发明还涉及一种光刻投影装置。本发明进一步涉及一种器件制造方法和一种计算机程序产品。
背景技术
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案对应于要在基底的靶部上形成的图案；本文中也可使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相对应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括：
-掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型和衰减的相移型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的透射(在透射掩模的情况下)或者反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，其对应的支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模保持在入射辐射束中所希望的位置，并且如果需要该台会相对于光束移动；
-可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置背后的基本原理是(例如)反射表面的寻址区域将入射光作为衍射光反射，而非寻址区域将入射光作为非衍射光反射。利用一个适当的滤光器，可以从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案受到构图。可编程反射镜阵列的另一实施例采用微小反射镜的矩阵排列，通过施加适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，以使寻址的反射镜沿不同的方向将入射的辐射束反射到非寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图部件可以包括一个或者多个可编程反射镜阵列。关于这里提到的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891和美国专利US5,523,193，以及PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在可编程反射镜阵列的情况中，所述支撑结构例如可以是框架或者工作台，所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的；以及
-可编程LCD阵列。在美国专利US 5,229,872中给出这种结构的例子，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构例如可以是框架或者工作台，所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的靶部(例如包括一个或者多个电路小片(die))上。一般地，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光到靶部上而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片步进器或者步进重复(step-and-repeat)装置。另一种装置，通常称作步进扫描装置，通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献在这里引入作为参考。
在使用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种构图后的层然后可进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学—机械抛光等完成一个单层所需的所有处理。如果需要多层，那么必须对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的 “微 芯片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw HillPublishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其他台用于曝光。例如在US5,969,441和WO98/40791中描述的两级光刻装置，这里作为参考引入。
尽管特定的参考文件在文中给出，用以在IC的制造中使用根据本发明的装置，但是应该明确，这种装置可以具有许多其他的应用。例如，可以用于集成光学系统，制导和探测磁畴存储器的构图，液晶显示板，薄膜磁头等的制造中。技术人员知道，在这些其他应用的情况下，文中所用的术语“划线板”、“晶片”或“电路小片”应该认为分别由更普通的术语“掩膜”、“基底”和“靶部”代替。
在本申请中，术语“辐射”和“光束”用于包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如波长为365，248，193，157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，如离子束或电子束。
一般地，光刻投影装置的元件表面在使用过程中，例如由于装置中总是存在烃分子，即使大多数装置在真空中工作也会受到污染。应该注意，一般EUV光刻投影装置是一个封闭的真空系统。污染物也可以由其他物质产生，例如但不限于，六甲基二硅氮烷或如硅氧化物的其他含硅物质受辐射导致裂化的反应物。特别是在利用DUV或EUV的装置中，元件可受到由于烃分子裂化导致的辐射产生的含碳物质的污染。
特别地，光刻投影装置中如反射镜的光学元件的污染对装置的性能有不利影响，因为这些污染影响光学元件的光学性质。光学元件的污染例如因增加对辐射的吸收而导致该元件变热；致使损失反射率和透光度，并引入波前误差。这导致光学器件的寿命缩短。因为产生例如碳的污染物的辐射将会出现在大部分照射区域，即光学元件附近，所以，当使用EUV辐射时，光学元件的污染尤其是一个问题。
因此，希望控制和了解污染物。
发明内容
本发明的一般目的是提供一种用于测量光刻投影装置中元件表面污染物的方法。因此本发明提供根据权利要求1的一种方法。
通过这种方法可以测量污染物的至少一个属性，因为接收的辐射至少部分地取决于污染物。
本发明进一步提供根据权利要求24的一种光刻投影装置。根据本发明的又一方面，提供根据权利要求25的一种器件制造方法。另外，本发明提供如权利要求26中要求的一种计算机程序产品。这种装置，方法和程序允许测量光刻投影装置中表面污染物的属性。
本发明的具体实施方式在从属权利要求中阐述。仅仅通过例子的方式，参考附图进一步详细地描述本发明的各个方面和各个实施方式。
附图说明
图1示意性示出根据本发明光刻投影装置的一个实施方式的实施例。
图2示出根据本发明光刻投影装置的一个实施例中EUV照明系统和投影光学系统的一个实施例的侧视图。
图3示意性示出根据本发明测量设备的实施方式的第一实施例。
图4示意性示出根据本发明测量设备的实施方式的第二实施例。
图5示意性示出根据本发明测量设备的实施方式的第三实施例。
图6示出受不同厚度碳层污染的EUV反射镜的相对反射率的实验结果。
图7A和7B示出作为两类多层反射镜的电磁辐射波长的函数的反射率曲线，这两类多层反射镜分别是带有或不带有由碳层构成的污染物的反射镜。
图8A和8B示出对于带有不同厚度的碳层或氧化硅层的污染物，多层反射镜表面的反射率作为波长的函数的模拟曲线。
图9示意性示出可用在图3-5的实施例中的一部分处理器设备的框图。
图10示出对于来自红外激光器的辐射的不同入射角，多层反射镜表面的反射率作为碳污染物厚度的函数的模拟曲线。
具体实施方式
图1示意性地描绘出根据本发明光刻投影装置1的一个实施例。光刻投影装置1通常包括辐射系统Ex，IL，用于提供辐射(例如UV或EUV辐射)的投射束PB。在这种具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；第一目标台(掩模台)MT，配备有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于元件PL精确定位的第一定位装置PM连接；第二目标台WT，配备有用于保持基底W(例如涂敷了抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将该基底相对于元件PL精确定位的第二定位装置PW连接；以及将掩模MA的受照射部分成像在靶部C上的投射系统(镜头)PL(例如，一反射镜组)。
如这里描述的，该装置属于反射型(即，具有反射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如透射型(具有透射掩模)。另外，该装置可以采用其他种类的构图部件，如上面提到的可编程反射镜阵列型。
辐射源LA(例如汞灯、准分子激光器、在储存环或同步辐射(synchronotron)中环绕电子束路径设置的波动器或摇摆器、产生等离子体的激光器等)产生辐射束，在该实施例中产生远紫外辐射。该辐射束直接或横穿过如扩束器Ex之类的调节装置后，再送入照明系统(照明器)IL。照明器IL可包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外径和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其他部件，如积分器IV和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面上具有所希望的均匀度和强度分布。
应该注意，对图1而言，辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射束(例如借助于合适的定向反射镜)引导至该装置中；当辐射源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求书包含这两种情况。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。由掩模MA反射后，光束PB通过投射系统PL，该投射系统将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。利用第二定位装置PW(和干涉测量装置IF)，基底台WT可以精确地移动，例如将不同的靶部C定位在光束PB的光路中。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA之后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对于光束PB的光路进行精确定位。一般地，借助于图1中未明确表示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。然而，在晶片步进器(与步进扫描装置相对)的情况下，掩模台MT可与短冲程执行装置连接，或者固定。利用掩膜对准标记M1和M2以及基底对准标记P1，P2可以使掩膜MA和基底W对准。
所示的装置可以按照两种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投影(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射；以及
2.在扫描模式中，基本上为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相对大的靶部C，而不必损害分辨率。
图2示出投影光学系统PL的实施例和辐射系统2的实施例，它们能够用于图1的光刻投影装置1的实施例中。辐射系统2包括带照明光学单元4的照明系统IL。辐射系统2还可以包括源-收集器模块(source-collector module)或辐射单元3。辐射单元3配置有辐射源LA，该辐射源例如可以由放电等离子体，产生等离子体的激光器(laser produced plasma)等形成。辐射源LA可以使用气体或蒸汽，如氙气或锂蒸汽，其中可产生非常热的等离子体以发射在电磁波谱的EUV范围内的辐射。通过使部分电离的放电等离子体在光轴O上破裂(collapse)而产生非常热的等离子体。但是，非常热的等离子体也可以通过在不同的轴上破裂而产生。为了有效地产生辐射，可能需要0.1毫巴的氙气，锂蒸汽或任何其他合适的气体或蒸汽的分压。由辐射源LA发射的辐射从光源室7经阻气结构(gas barrier structure)或片状分离器“foil trap”9穿入收集室(collector chamber)8。阻气结构包括通道结构，例如在欧洲专利申请EP-A-1 233468和EP-A-1 057 079中详细描述的，所述申请在此引入作为参考。
收集器室8包括根据本发明由切线入射收集器形成的辐射聚集器10。穿过聚集器10的辐射被反射离开光栅滤谱器(grating spectral filter)11，以聚焦到收集器室8中小孔处的虚源点(virtual source point)12中。投射束16从室8反射到照明光学单元4中，经垂直入射反射器13，14反射到位于划线板或掩膜台MT上的划线板或掩膜上。形成的已构图的光束17在投影光学系统PL中经反射元件18，19成像到晶片台或基底台WT上。通常在照明光学单元4和投影系统PL中存在比显示的更多的元件。
如图1和2中所示，根据本发明光刻投影系统1有测量设备100的实施例。测量设备100可以监控镜头PL中一部分表面，并测量该表面污染物的一个或多个属性。如图3中更详细地示出，测量设备100包括辐射发射器设备(radiationtransmitter device)101和辐射接收器设备(radiation receiver device)102。测量设备100进一步具有处理器设备103，与辐射接收器设备102通信连接。
图3中，辐射发射器设备101可以用辐射104照射镜头PL中一元件200的至少一部分表面201。在图3中，表面201被一层污染物质202污染。辐射接收器设备102可以接收来自表面201的辐射105，处理器设备103可以根据接收到的辐射确定污染层202的某一属性。投射的辐射由该表面或污染物在一个或多个方面调制，因此接收器接收到的接收辐射是调制的辐射。调制的方面例如可以是辐射的(相对)强度、辐射的散射、辐射被反射的方向、辐射的相位或偏振，或者辐射的其他属性，如辐射的相干性，本发明没有限制在一个具体的方面。
举例来说，图3中的元件是多层反射镜200。但是，该元件也可以是光刻投影装置中的任何其他元件，如掩模、掠入射反射镜、DUV透镜、传感器等。多层反射镜200特别适合于远紫外(EUV)光刻投影。为了简洁，多层反射镜和投影系统不作进一步详细地说明，因为多层反射镜在光刻投影领域一般是公知的，例如从这里引入作为参考的美国专利6,410,928中可了解到。带有多层反射镜的投影系统在光刻投影领域一般也是公知的，例如从国际专利申请WO2002/056114中可了解到，该申请在此引入作为参考。
如图3所示，EUV辐射300投射到多层反射镜200上。投射的辐射300又由反射镜200反射。典型地，该辐射的入射角接近垂直入射，与切线入射相差大约84度。在暴露到EUV辐射的部分表面201上，由于辐射导致碳水化合物裂化而引起一薄层碳膜(层202)的增长。因此，在这一实施例中污染物被认为具有含碳物质。但是污染物也可以包括例如受辐射导致光致抗蚀剂等裂化造成的不同组分，如含硅或氧化硅或其他氧化物等物质。
污染物例如也可以包括表面上增长的盐层，如枝晶盐体构造。非理论上来说，这种盐体构造的来源像是以极低浓度(范围从百万分之几到十亿分之几)存在于净化空气中的难熔化合物，甚至在用于特殊净化目的的净化氮中也有发现。引起硅烷、硫酸盐或磷酸盐与存在的其他气态污染物质如氧、水、氨等结合的化学(表面)反应的辐射被认为是碱性降解机理。通常认为仅仅在用G-和I-线以及深-UV波长的辐射曝光时出现成核现象和杂质晶体的增长。
处理器设备103能够确定由接收器设备102接收到的辐射的一个或多个属性，并从该辐射的属性得到污染物的一个或多个属性。处理器例如可以确定接收到的辐射的(相对)量，辐射的散射，辐射被反射的方向，辐射的相位或偏振或辐射的其他属性，例如辐射的相干性。
污染物的属性例如可以是污染物的厚度，污染物中存在的物质或其他属性。例如可以根据辐射发射器设备101发射的辐射强度与辐射接收器设备102接收到的辐射强度之比来确定厚度。同样，处理器设备可以将发射辐射的波谱与接收辐射的波谱互相比较，并从比较中得出辐射中存在的物质类型，如参考图8A和8B更详细描述的。
处理器设备103还可以将确定的属性值与参考值进行比较。处理器设备103例如还可以将确定的厚度与最大容许厚度的预定值进行比较，如果确定的厚度超过预定值则输出一个信号。这样，可以得到自动污染物探测，例如可以警告装置的操作员，表面201和装置的其他任选部分需要被清理。处理器设备103也可以确定将表面清理到足够的程度，自动停止清理以防止过度清洁。可以使用如欧洲专利申请02080488.6中描述的清洁方法或清洁设备，该专利申请在此引入作为参考。
在图4中示出测量设备100’的第二实施例，该设备包括辐射发射器设备101，第一辐射接收器设备102，第二辐射接收器设备107和处理器设备103。来自辐射发射器设备101的辐射通过分束器106分成第一辐射束1041和第二辐射束1042。第一辐射束1041投射到元件200的表面201上，并由该表面201反射到第一辐射接收器设备102。第二辐射束1042从分束器被引导到第二辐射接收器107。
处理器设备103将代表第一辐射接收器设备102接收到的辐射的信号与代表从第二辐射接收器设备107接收到的辐射的信号进行比较，并根据这些接收辐射的比来确定污染物的属性，如厚度。因此，测量对于发射器101射出的辐射的波动如强度或波长的变化不敏感，因为上述比率相对独立于强度或波长的实际值。具有高输出稳定性的电源可以用于供应根据本发明的发射器设备和/或测量设备中的其他设备。由此，可减小发射辐射的波动，并能够确定发射和接收辐射之间甚至更小的差别，因此甚至对非常薄的层也能实现高灵敏度。
根据本发明的测量设备可以利用随时间基本上保持不变的辐射。但是测量设备也可以利用随时间而变化的辐射，例如强度或波长及时改变的辐射。测量设备例如可以是外差式测量设备。一般来说，在外差方法或外差设备中，一个信号与不同频率的信号混合，并经过适当的逆混合过程获得原始信号。外差探测技术在信号处理领域一般是公知的，为了简洁没有完全详细地说明。
这种外差测量装置例如可以在图4中实现，在该实施例中，辐射发射器设备101是调制辐射发射器设备，该设备射出具有暂时调制的可变振幅的辐射。调制例如可以通过改变供给发射器的功率，利用斩波器或电光调制器等来获得。在图4中，处理器设备103包括锁定放大器1031，这在电子学领域内一般是公知的，为了简洁没有详细描述。锁定放大器1031具有与辐射发射器设备101通信连接的参考输入1032，以及分别与第一和第二辐射接收器设备102，107通信连接的信号输入1033，1034，并且可以提供在处理器设备103中，该处理器设备对接收器设备接收到的辐射进行比较。放大器1031进一步具有未在图4中示出的输出端。该输出端与处理器设备103中的其他元件通信连接。滤过的信号出现在锁定放大器1031的输出端，该输出端代表为调制受到校正的各个辐射接收器设备接收到的辐射，所述滤过的信号可以在处理器设备103中进一步处理，以确定污染物的一个或多个属性，如厚度、污染物的位置等。
根据本发明的外差测量设备与非外差测量设备相比具有增强的灵敏度，该增强的灵敏度例如可以约为更高的量级。此外，根据本发明的外差测量设备对背景辐射如散射光不敏感。
在具有根据本发明的两个或多个测量设备的根据本发明的光刻装置中，可以针对每个测量设备不同程度地改变辐射，这样减少了不同测量设备之间的串扰。例如，如果使用两个或多个根据本发明的测量设备，则每个设备可具有唯一的调制频率。另外，可以使用不同波长的辐射。也可以局部应用这种差异，如调制频率之差。例如，单个测量设备可以用不同频率调制的辐射来测量被照射的两个或多个元件，由此可分别监控每个元件。在类似的方式中，测量设备可以用不同的调制辐射来测量单个元件表面上的不同部分。
根据本发明的测量设备可以按照适合具体应用的任何方式实现。例如测量设备可以具有一个或多个辐射发射器设备和/或一个或多个辐射接收器设备。发射器和接收器设备可以相似或彼此不同，例如提供不同类型辐射的两个发射器可以和适当的接收器一起使用。辐射发射器设备例如可以包括如经常在光通信网络系统中采用的砷化铟镓激光二极管(InGaAs-laserdiode)，该二极管通常在大约1.5微米波长处，主要在大约1530nm处工作。这种辐射发射器设备相对简单和便宜。辐射接收器设备例如可以包括适合接收特定辐射的光电二极管等。发射器还可以是装置的投影系统的一部分，图1实施例的辐射源LA例如可以用作根据本发明的测量设备中的发射器设备，如图5实施例中所示。
根据图5中所示本发明的测量设备的实施例具有两个辐射接收器设备102，107，其中一个辐射接收器设备102能够接收来自发射器设备101的辐射，另一个接收器设备107能够接收来自辐射源LA的辐射300。在该实施例中，辐射源LA发射DUV或EUV辐射，而发射器设备101发射DUV或EUV范围之外的光辐射。这样，接收器设备102，107测量由表面反射的辐射的不同属性，即，反射辐射的不同波长。在图5的实施例中，假定来自发射器101和辐射源LA的辐射差不多都是单色的。但是，同样可以利用发射不同波长辐射的发射器设备，并由两个或多个合适的接收器设备接收辐射，每个设备对不同波长的辐射敏感。
在根据本发明的设备或方法中，辐射例如可以是在可见区，近红外(NIR)区，红外(IR)区或远红外(FIR)区的电磁辐射。该辐射可通过激光装置或宽频带光源而产生。在这些区域中的辐射特别适用于确定具有含碳物质的污染物的厚度。含碳物质吸收这些区域中的光，因此具有含碳物质的污染物导致反射损失，能够精确探测上述污染物。另外，激光是准直的，单色的，非破坏性的，并可高分辨率测量的。
在图3和4的实施例中，由表面反射的辐射可通过辐射接收器设备探测。从而由于光穿过污染物层两次，使测量设备具有高灵敏度。在图3和4的实施例中，发射器和接收器位于元件的同一侧，例如在表面之上(也可以将发射器设备和接收器设备设置在表面以下)。但是，同样可以根据透过表面的光来测量污染物的属性，例如通过透射光的强度变化来测量污染物层的厚度。因此，也可以测量在非反射表面或透明基底上污染物的量。那么可以将发射器设备和探测器或辐射接收器设备设置在不同侧，例如探测器可以位于表面以下，发射器可以位于表面之上，反之亦然。
一般来说，在根据本发明的装置中，因为根据本发明的设备或方法不会妨碍装置中光学系统的功能，因此可以进行污染物的在线分析，即不用关闭该装置。另外，当辐射是激光时，辐射例如可从光学系统外面或与光学元件有一定距离的激光源发射出来，并经光纤引导至表面上，从而使光学系统中根据本发明的测量设备的元件为最小。
如果使用光辐射，那么辐射发射器设备可包括小功率激光二极管来防止额外的热负荷。也可以通过将辐射发射器设备的辐射投射到大面积表面上而防止发热，致使每个表面积上具有少量的辐射功率。而且，较短的测量时间也可以用来克服上述问题。已经发现，对于碳增长的测量，利用(近)红外区内的光辐射进行的每分钟等于或小于1个测量的测量速度足够以很高精度来监控污染物处理。但是，本发明不限于这种测量速度，可以使用任何适当的测量。测量速度也可以改变。例如，可以使用两个或多个不同的测量速度。例如，在光刻投影装置的标准操作过程中，可采用第一测量速度，而例如在该装置的清洁或(直接在)维修(之后)采用第二测量速度。第二速度例如可以高于第一测量速度。如，第一测量速度可以是每分钟大约一个测量，第二测量速度可以是(半)连续的((semi)continuous)测量等。
根据本发明的测量设备或方法可用于确定污染物的局部差，例如通过用辐射发射器设备101照射表面的不同部分。不同部分例如通过相对于表面移动发射器或通过例如采用一个或多个反射镜沿表面扫描辐射束而被照射。在设备照射表面上不同部分的情况下，可以提供一部件来将辐射束引导至多个位置。实现这一功能的适当部件可以保持表面固定并使测量光束偏转，或者相对于该表面移动辐射发射器，同时保持测量光束而移动该表面，并利用多个测量光束等。
图6示出沿着被一层可变厚度的碳污染的表面在近红外(NIR)区内的相对反射率的实验结果。在用图6的曲线说明的实验中，利用二极管激光器投射780nm波长的辐射，并测量EUV反射镜的45°入射角处的反射，该EUV反射镜具有4至7nm厚度范围的碳层。在该实验中，直接测量反射的光束，即没有外差式检波。对于碳层，相对于没有碳层的面积处的反射来说，吸收从4至6％变化。对于这一方案，最大吸收出现在相对于反射镜法线10和50度之间的入射角处。可以通过选择使碳的吸收截面更大的波长来增强吸收。一般来说，对于例如小于780nm的较小波长和IR区内的波长，吸收会增强，即波长大于1微米的光辐射。如图6中箭头所指，在污染物的位置处可测量到反射率的明显下降。图6中，所述下降出现在x＝9mm和x＝13mm处，如箭头所指。另外，图6中可清楚地看到对于污染物层厚的不同值的相对反射率之差。
图7A示出对于无遮盖式钼-硅多层反射镜，反射率(垂直入射)对光波长的模拟结果，所述无盖的钼-硅多层反射镜是表面层类似于其他各层的多层反射镜。图7B示出对于遮盖式钼-硅多层反射镜(即，表面层材料不同于反射镜中的其他各层，在该实施例中，表面层由钌制成)，反射率(垂直入射)对光波长的模拟结果。
图7A的模拟是针对硅基底多层反射镜而进行的，在硅基底上沉积有40个4.4nm-硅和2.5nm-钼的交替层组。图7B中，多层反射镜被认为具有硅基底，在该基底上沉积有40个4.4nm-硅和2.5nm-钼的交替层组。在表面，假定有一个2.0nm-钼上加1.5nm-钌的层组，称为遮盖。在图7A和7B的模拟中，污染物被认为是2nm的碳层。
对于无盖和有盖的多层反射镜，具有碳污染物层和没有碳污染物层的模拟也被示出。如图7A中虚线所示，甚至非常薄的碳层，在该实施例中是2nm厚的碳层，与实线描绘的未污染表面相比，也已经明显地改变了无盖反射镜的波谱。图7B用表示带污染物的反射镜的虚线和表示清洁反射镜表面的实线显示出对于有盖反射镜的类似情况。
从这些模拟中发现，根据利用波长在红外区的，特别是在1和2微米之间，尤其在1.2和1.7μm之间的光辐射的本发明的方法或设备，可提供最高的灵敏度，即反射率的最大改进，如可从图7A和7B中得到。图7A和7B进一步示出对于0.5和1微米之间的波长，带有含碳污染物的多层反射镜的反射率比带有清洁表面的多层反射镜的反射率高。不一定联系到理论，反射率的提高归因于干涉和驻波效应。
图8A示出针对与图7A的模拟中所用反射镜类似的多层反射镜而进行的模拟结果，该图中的反射镜被厚度分别为0，1，2，5，10和20纳米的碳层污染。图8B示出针对与图7A的模拟中所用反射镜类似的多层反射镜而进行的模拟结果，该图中的反射镜被厚度分别为1，2，5和10纳米的氧化硅层污染。如图8A所示，利用0和150nm之间的光辐射，特别是在50nm和120nm周围的光辐射可以精确探测一薄层含碳物质的增长，因为对于这些波长范围，薄层的增长对反射率有很大影响。例如，可以利用13.5nm的EUV辐射，该辐射一般已经用于EUV光刻投影装置的光束中。如从图8B中得到，含(二)氧化硅物质的薄层的增长可以借助于50nm和150nm之间的辐射，特别是对于100和120nm波长之间的辐射来精确探测。这样，含碳物质和含二氧化硅物质可以利用不同的波长加以区别，例如10-70nm用于含碳物质，70-150nm用于(二)氧化硅。
根据来自表面的辐射，可以确定例如污染物层中物质的浓度，如含碳物质和含氧化硅物质的浓度。如从曲线中得到，含碳物质和含氧化硅物质具有不同的反射属性，如相对强度或偏振。因此，由表面反射的辐射是这些属性的组合。这样，通过将反射的辐射与参考值比较，可以确定这些反射辐射的物质的相对作用，由此确定污染物中这些物质的浓度。
图9示出图2-4的实施例中处理器设备103的一部分1035的实施例，所述处理器设备适合于完成上述方法。部分1035具有输入端1035A-1035D，它们与比例确定设备1035E，1035F相连。比例确定设备1035E，1035F与计算设备1035G相连，该计算设备进一步与存储器1035H相连。计算设备1035G有一个输出端1035I，该输出端输出代表各物质既定浓度的信号。
在输入端1035A，存在与发射器设备101发射的第一波长λ1辐射的强度Iin(λ1)对应的信号。在输入端1035B，存在与接收器设备102接收到的第一波长λ1辐射的强度Iout(λ1)对应的信号。在输入端1035C，存在与发射器设备101发射的第二波长λ2辐射的强度Iin(λ2)对应的信号。在输入端1035D，存在与接收器设备102接收到的第二波长λ2辐射的强度Iout(λ2)对应的信号。
比例确定设备1035E，1035F的每一个都确定对于特定波长的发射强度和接收强度之比R，即设备1035E确定λ1处的比R(λ1)，设备1035F确定λ2处的比R(λ2)。比率R(λ1)，R(λ2)被传输到计算设备1035G，计算设备根据所述比率和存储器1035H中存储的值a1(λ1)，a2(λ1)，a1(λ2)，a2(λ2)得出浓度。值a1(λ1)和a1(λ2)代表对于碳来说在λ1和λ2处的相对反射率，值a2(λ1)和a2(λ2)代表对于氧化硅来说的所述相对反射率。假定没有污染物的反射镜反射所有投射的辐射，那么计算设备例如可以根据下式计算浓度：
R(λ1)＝ccarbona1(λ1)+csilicon-oxidea2(λ1)    (1)
R(λ2)＝ccarbona1(λ2)+csilicon-oxidea2(λ2)    (2)
其中，方程c代表各个物质的浓度。但是，也可以通过计算设备进行其他计算来确定污染物的一个或多个属性。之后将计算结果在部分1035的输出端1035I输出。
浓度的确定也可以基于反射辐射的不同属性，如对于两个或多个不同波长的发射和接收辐射之比，入射角，偏振，相移，相干性等。
来自辐射发射器设备的辐射的入射角可以是适合于具体应用的任何角度。已经发现，对于固定波长，特别是在红外区的电磁辐射，对大多数入射角来说反射率随碳厚度基本上呈线性递减，如图10中所示。图10示出对于有盖的多层反射镜在不同入射角时作为碳厚度的函数的反射率的模拟结果，该反射镜类似于图7B模拟中所用的多层反射镜。图10中各条线的参考数字表示辐射的入射角。在图10的模拟中，假定光具有1530nm的波长。如从图10得到，在根据本发明的方法中，每1nm C测量信号ΔR/R发生约3％变化的最高灵敏度出现在入射到表面的辐射的20和40度之间的角度处。
根据本发明的方法或设备可以用在光刻投影装置的任何操作阶段。例如，根据本发明的方法或设备可用于在清洁至少一部分元件的过程中测量投影装置中一个或多个元件上的污染物。因此，能够获得可控制的清洁，以及能够例如防止除去太多的物质。这种清洁可以是任何适当的类型，如欧洲专利申请02080488.6等所记载的。例如，可将光子束、电子束或离子束投射到元件的表面上，具有足够能量的光子、电子或离子除去该表面至少一部分污染物。然后接收器可以响应于该光束接收从表面(或表面上的污染物)发射的辐射。接收的辐射例如可以包括二级粒子，散射粒子或反射粒子等。然后可以从接收辐射的一个或多个属性得到污染物的一个或多个属性。例如，发射器可以发射电子到至少部分除去污染物的表面。接收器设备可以响应于发射的电子测量由表面散射或发射(回来)的电子。在这种情况下，接收器设备可以测量电荷，并且作为二极管，测量电流，如从表面到地面的漏电流或由电子产生的磁场等而实现。散射或发射电子的属性，如能量，尤其取决于污染物的厚度和污染物中存在的物质。因此污染物的属性可以根据散射或发射电子的特性来确定。
在根据本发明的测量设备或方法中，发射辐射和接收辐射可以是适合专门仪器的任何类型的辐射。该辐射例如可以是电磁辐射(如红外，可见光或紫外线辐射)等。另外，发射器可以发射与接收器接收的辐射不同类型的辐射。例如发射器可以发射电子束，而接收器接收由电子束导致表面上分子的激发而引起的电磁辐射。同样，发射器可以发射特定波长的电磁辐射，接收器可以接收另一波长的辐射，这样可以测量例如污染物的荧光。辐射可以具有单一波长，或包括广谱或多个波长。另外，本发明也可以作为计算机程序产品来应用，这种计算机程序产品用于在可编程设备上运行时执行根据本发明的方法的各步骤，这样例如能够使可编程设备如通用计算机实现图9中部分1035的功能。
应该注意到，上述实施方式用于说明而不是限制本发明，本领域的技术人员能够设计不背离附加的权利要求书范围的其他方案。在权利要求书中，置于圆括号内的任何参考标记不应该解释为限制该权利要求。词语“包括”不排除存在除该权利要求中列出的元件或步骤之外的其他元件或步骤。除非另外指明，词语“一个”用来表示“一个或多个”。在互不相同的权利要求中列举的特定测量并不表示不能有利地使用这些测量的组合。

Claims (29)

1.一种用于测量光刻投影装置中元件表面污染物的至少一个属性的测量设备，包括：
■辐射发射器设备，用于将投射的辐射投射到至少一部分所述表面上；
■辐射接收器设备，用于响应于投射辐射而接收来自该元件的辐射；以及
■与辐射接收器设备通信连接的处理器设备，用于得到接收辐射的至少一个属性，并根据所述接收辐射的至少一个属性来确定所述污染物的至少一个属性。
2.如权利要求1的设备，包括：
■第一辐射接收器，用于接收至少一部分投射的辐射；和
■第二辐射接收器，用于接收来自元件的所述辐射；
其中处理器设备包括：
■用于将投射辐射的所述部分与从元件接收的辐射进行比较的部件；
■用于根据接收的辐射来确定对于投射辐射的所述部分的相对属性的部件；以及
■用于根据相对属性来确定所述污染物的至少一个属性的部件。
3.如前面任一项权利要求的设备，其中处理器具有用于确定调制辐射的至少一个属性的部件，所述调制辐射由表面的污染物进行调制。
4.如前面任一项权利要求的设备，其中处理器具有将接收辐射的至少一个属性与至少一个参考值相比较的部件，所述至少一个参考值与至少一个污染物属性有关。
5.如前面任一项权利要求的设备，其中处理器包括：
■用于确定接收辐射的第一属性的部件；
■用于确定接收辐射的第二属性的部件；以及
■用于根据接收辐射的所述第一属性和第二属性得到所述污染物的至少一个污染属性的部件。
6.如权利要求5的设备，其中所述处理器包括：用于根据接收辐射的第一和第二属性得到第一污染物属性和第二污染物属性的部件。
7.如前面任一项权利要求的设备，其中污染物包括至少部分地调制投射辐射的至少一种物质，所述至少一种物质是由下列物质构成的组中之一：含碳物质，含硅物质，含氧化物的物质，含盐物质，难熔物质。
8.如前面任一项权利要求的设备，其中所述接收辐射的至少一个属性包括由下列属性构成的组中的至少一个：强度，波长，入射角，极化以及相移。
9.如前面任一项权利要求的设备，其中所述至少一个污染物属性包括由下列属性构成的组中的至少一个：厚度，位置，粗糙度和化学成分。
10.如前面任一项权利要求的设备，包括一辐射接收器，用于接收由所述元件的表面反射的辐射。
11.如前面任一项权利要求的设备，包括一辐射接收器，用于接收透过至少一部分元件的辐射。
12.如前面任一项权利要求的设备，包括一辐射发射器，用于将投射的辐射发射通过元件的至少一部分。
13.如前面任一项权利要求的设备，其中投射的辐射或接收的辐射包括电磁辐射。
14.如权利要求13的设备，其中电磁辐射包括由下列辐射构成的组中的至少一种：可见光到远红外光范围内的光辐射，紫外线辐射，如深紫外或远紫外辐射。
15.如前面任一项权利要求的设备，包括：
■辐射发射器，用于借助于投射的辐射在所述表面产生辐射，产生的辐射与投射的辐射在至少一个方面不同，所述至少一个方面是由下列方面构成的组中之一：波长和辐射类型；以及
■辐射接收器，用于接收产生的辐射。
16.如前面任一项权利要求的设备，其中投射的辐射或接收的辐射包括粒子束，如离子束或电子束。
17.如前面任一项权利要求的设备，包括强度恒定辐射发射器，用于投射强度随时间基本上保持不变的辐射。
18.如权利要求1-17中任一项的设备，包括可变强度辐射发射器，用于投射强度随时间改变的辐射。
19.如权利要求18的设备，其中设备是外差设备。
20.如前面任一项权利要求的设备，其中辐射发射器是用在光刻投影装置中的辐射系统的一部分，该辐射发射器用于提供辐射的投射束，并将具有辐射投射束的辐射图案投射到辐射敏感材料层的靶部上。
21.如前面任一项权利要求的设备，其中辐射接收器能够接收来自表面上至少两个不同部分的辐射，处理器包括用于为每一个所述不同部分确定污染物属性的部件。
22.如权利要求21的设备，其中该设备是一个带扫描辐射发射器的扫描测量设备，该设备用于连续地将辐射投射在表面的至少两个不同部分上。
23.如前面任一项权利要求的设备，其中元件是光刻投影装置的光学系统的一部分，如反射镜，镜头，划线板或探测器。
24.如前面任一项权利要求的设备，其中光刻投影装置是深紫外或远紫外光刻投影装置。
25.一种用于测量光刻投影装置中元件表面的污染物的至少一个属性的方法，包括：
■将辐射投射到至少一部分表面上；
■响应所述投射辐射而接收来自元件的辐射；以及
■根据接收的辐射得到所述污染物的至少一个属性。
26.如权利要求25的方法，其中该方法在清洁至少一部分所述表面时进行。
27.一种光刻投影装置，包括：
■辐射系统，用于产生辐射的投射束；
■支撑结构，用于支撑构图部件，该构图部件用于根据所希望的图案而对投射光束构图；
■基底台，用于固定基底；
■投影系统，用于将带图案的光束投射到基底的靶部上，以及
■在权利要求1-24中任一项的测量设备。
28.一种器件制造方法，包括以下步骤：
■提供基底，该基底至少部分地由辐射敏感材料层覆盖；
■利用辐射系统提供辐射的投射束；
■使用构图部件赋予投射束在其横截面处的图案；和
■将带图案的辐射束投射到辐射敏感材料层的靶部上；以及
■对至少一部分辐射系统应用如权利要求25-26中任一项的方法，以确定所述部分的表面是否被含碳物质污染到一定程度。
29.一种计算机程序产品，包括：程序代码部分，用于在可编程设备中运行时执行如权利要求25-26中任一项的方法的各步骤。
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